5.2 氮及其化合物 第1课时 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版·必修·第二册 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节　氮及其化合物 第1课时　氮气和氮氧化物 【学习目标与核心素养】 学习目标 1. 了解氮元素的存在及氮的固定。 2. 掌握N2、NO、NO2的性质及NO、NO2的相互转化。 3. 了解NO、NO2、O2溶于水的简单计算（对生成硝酸的启示）。 核心素养 1. 通过学习氮及氮的氧化物的知识培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养。 2. 通过氮的氧化物溶于水的实验进一步训练学生的操作技能，培养学生科学探究与实验创新的化学核心素养。 神秘的“魔鬼谷” 在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻狂风暴雨，电闪雷鸣，雷电能把人畜击毙，而奇怪的是谷内牧草茂盛，四季常青。这是什么原因吗？ 一、氮气和氮的固定 大气中N2 NH3 尿素及动植物遗体 土壤中的微生物 氮素化肥 1. 氮元素的存在 游离态：以氮分子（N2）的形式存在于空气中。 化合态：存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中及动植物体内的蛋白质中。 2. 氮气的物理性质 颜色 状态 气味 密度 溶解性 无色 无味 难溶于水 气体 密度比空气稍小 氮元素在元素周期表中的位置 第二周期，VA族 N 原子结构： +7 2 5 最外层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子 一般通过共用电子对与其他原子结合 3. 氮气的化学性质 N N ① 还原性： N2+O2 2NO 放电或高温 ========== ② 氧化性： 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 N2 + 3Mg === Mg3N2 点燃 常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下(如：高温、放电、点燃)，也能跟某些物质(如：O2、H2、Mg等)发生反应： 【思考】写出Mg在空气中燃烧的化学方程式。 4. 氮的固定 氮的固 定 自然固氮 将大气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程 分类： 概念： 人工固氮 高能固氮 生物固氮（豆科植物的根瘤菌固氮） 合成氨（工业上合成氨） 仿生固氮（某些金属有机化合物可以起到 根瘤菌的作用） N2+O2 === 2NO 放电 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 自然固氮 人工固氮 闪电释放能量 N2 → 含氮化合物 豆科植物的根瘤菌 N2 → 氨 工业合成氨 N2 → 氨 氮的固定 1909年，德国化学家哈伯经过反复的实验研究后发现，在500~600℃、17.5~20.0MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6%以上，具备了工业化生产的可能性。 哈伯 (F.Haber，1868-1934) 为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施作出了重要贡献。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就。 人工固氮——合成氨 【科学史话】 博施 (Carl Bosch，(1874-1940) 【实验室中氮的固定实验】 N2+O2 ==== 2NO 放电 【自然界中氮的循环】 大气中N2 NH3 尿素及动植物遗体 土壤中的微生物 氮素化肥 根据上述氮循环，你能解释雷雨发庄稼的原因吗？ 【自然界中氮的循环】 二、一氧化氮和二氧化氮 1. 不同价态的氮的氧化物 氧化物   NO N2O3     N2O5 对应氮的化合价 ＋1 ＋2   ＋4 ＋4 ＋5 N2O俗称笑气，具有麻醉作用 N2O NO2 N2O4 ＋3 只有N2O3和N2O5是酸性氧化物 氮的氧化物都有毒，是大气污染物 2. NO和NO2的物理性质 物质 颜色 状态 气味 毒性 水溶性 NO _____ 气体 _____ 有毒 ___溶于水 NO2 _______ 气体 ______ 有毒 ___溶于水 无色 无味 不 红棕色 刺激性 易 （1）NO、NO2的化学性质实验探究 【实验5-5】 3. NO、NO2的化学性质 实验 装置 实验 操作 在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器 打开弹簧夹，快速吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象，然后再振荡注射器 现象 ___________ ________________，振荡后________________ 无明显现象 无色气体变红棕色 红棕色变为无色 2NO+O2 === 2NO2 3NO2+H2O === 2HNO3+NO （2）实验结论及解释 ①NO不溶于水，也不与水反应，与O2反应生成红棕色的NO2 ②NO2能与水反应生成无色的NO： 2NO+O2 === 2NO2 3NO2+H2O === 2HNO3+NO 【思考与讨论】 实验5-5中，如果将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业生产硝酸有什么启示？ 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 【提示】 采取的措施是继续通入过量的空气。 上述实验对工业制硝酸的启示是在用水吸收NO2制硝酸的过程中要不断补充空气，使NO2尽可能的转化为硝酸。 （3）NO、NO2溶于水的相关计算 【思考】若将充满NO2的试管倒立在水槽中，会有什么现象？若同时向倒立的试管中缓慢通入O2，最终现象时是什么？ ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② 2NO+O2===2NO2 ①×2+② 得：4NO2+O2+2H2O===4HNO3 （3）NO、NO2溶于水的相关计算 【思考】若将充满NO试管倒立在水槽中，同时向倒立的试管中缓慢通入O2，最终现象时是什么？ ① 3NO2+H2O===2HNO3+NO ② 2NO+O2===2NO2 ①×3+②×2 得：4NO+3O2+2H2O===4HNO3 （3）NO、NO2溶于水的相关计算 【思考】若将充满NO2的试管倒立在水槽中，会有什么现象？若同时向倒立的试管中缓慢通入O2，最终现象时是什么？ 提示 无论是单一气体(NO2)，还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体，反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO，2NO+O2===2NO2，故若有气体剩余只能是NO或O2，不能是NO2。 现象：若将充满NO2的试管倒立在水槽中，试管中的红棕色逐渐褪去，水槽里的水倒吸入试管，最终剩余气体占试管体积的1/3，若同时向倒立的试管中缓慢通入O2，最终液体会充满整个试管。 【思考】(1) NO和NO2分别采用什么方法收集？ (2)NO2转化为NO的变化中，NO2只能作氧化剂吗? 常温下NO能与O2反应，只能用排水法收集； NO2能与水反应生成NO，故只能用排空气法收集。 NO2与水反应转化为NO的同时生成HNO3， NO2既作氧化剂又作还原剂。 提示：雷雨天时在闪电的作用下，空气中氮气与氧气反应生成NO，然后发生NO→NO2→HNO3，HNO3随雨水进入土壤，为植被提供了丰富的氮肥。 2NO+O2 === 2NO2 3NO2+H2O === 2HNO3+NO 放电 N2+O2 === 2NO 在新疆与青海交界处有一山谷，人称“魔鬼谷”。当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻狂风暴雨，电闪雷鸣，雷电能把人畜击毙，而奇怪的是谷内牧草茂盛，四季常青。这是什么原因吗？写出反应方程式。 小结： NO NO2 物理性质 的气体，不溶于水 色有刺激性气味的气体，易溶于水且与水反应 毒性 化学性质 无色、无味 红棕 有毒(跟血红蛋白结合) 有毒(刺激腐蚀呼吸道黏膜) 与O2反应：2NO+O2==2NO2 2NO2 N2O4 3NO2+H2O==2HNO3+NO 2NO2+2NaOH==NaNO3+NaNO2+H2O 歧化反应 体现氧化性： 4NH3+6NO ==== 5N2+6H2O 催化剂 △ NO2+SO2==SO3+NO 2NO2+2KI==2KNO2+I2（使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝） 氧化性 8NH3+6NO2 ====== 7N2+12H2O 一定条件 NO NO2 实验室制法 对环境的影响 导致光化学烟雾、形成硝酸型酸雨，破坏臭氧层 向上排空气法收集 排水法收集 3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3（浓） ==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 4. 氮氧化物的来源及对环境的污染 空气中的NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂的废气等。 ① 氮氧化物在紫外线作用下与碳氢化合物发生一系列的光化学反应，产生光化学烟雾。 ② 形成硝酸型酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。 ③ 破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。 ④ NO与血红蛋白结合使人中毒。 【总结】 下列各项属于自然固氮的是(　　) A．植物从土壤中吸收含氮肥料 B．合成氨制取氮肥 C．豆科植物的根瘤将氮气转变成硝酸盐等含氮的化合物 D．仿生固氮 自我检测1 C 自我检测2 下列关于N2的说法错误的是(　 　) C   高温 点燃 如图所示的试管中装有12 mL NO，然后间歇缓慢地通入8 mLO2。有关最终状态的描述：①试管内气体呈红棕色，②试管内气体呈无色，③试管内液面不变，④试管内液面上升，⑤试管内气体是O2，⑥试管内气体是NO 。其中正确的是(　　) A． ①③ B． ②④⑤ C． ②④⑥ D． ②③⑤ 自我检测3 C 同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　) D A．V1>V2>V3 B．V1>V3>V2 C．V2>V3>V1 D．V3>V1>V2 自我检测4 在容积为672 mL的烧瓶中充满NO和NO2的混合气体，将其倒立在水槽里，去塞后再通入280 mL氧气，恰好完全反应，且液体充满烧瓶(气体体积都已折合为标准状况下的体积)，下列有关叙述正确的是(　　) B A． 总反应为NO＋NO2＋O2＋H2O === 2HNO3 B． 总反应为4NO＋8NO2＋5O2＋6H2O === 12HNO3 C． 生成硝酸的物质的量浓度均为0.030 mol·L－1 D． 生成硝酸的物质的量浓度约为0.060 mol·L－1 自我检测5 用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下： NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O 现有V L某NaOH溶液能完全吸收n mol NO2和m mol NO 组成的大气污染物。 3∶2 m+n V 自我检测6 (1)所用氢氧化钠溶液得物质的量浓度至少为 mol/L (2)若所得溶液中c(NO3-):c(NO2-)=1:9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比 n:m = 本课结束 THANKS FOR LISTENING! FormatFactory : www.pcfreetime.com $$